基于非接触式的滚珠螺母内滚道磨削自动对刀技术分析

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1、1绪论硕士论文冬r一卜n1们岘略p扒I∥图1．3螺纹对刀样板及使用示意^建rr-℃竹图1．4内螺纹对刀器不意图图1．5螺纹车削对刀器除了针对螺纹车削的对刀仪外，还有适用于磨削加工的声发射对刀仪：穆玉海等采用声发射(AE)技术，对砂轮与工件的诸多接触状态进行表征，分析砂轮与工件接触的AE信号功率谱，并开发了一种高精度磨削对刀仪【27，28】；巴西的Weingaertner,WalterLindolfo等人在磨床上基于声发射技术能测定砂轮与工件的相对位移[29】。需要指出的是，该技术还主要停留在普通型面的砂轮对刀

2、上，要想将该技术移植至螺纹磨削的砂轮对刀方面，目前条件相对不成熟，还有待进一步的研究。1．3．2螺纹的自动对刀技术与传统的手动对刀模式不同，自动对刀采用的是“固定一寻位一加工”模式，它以主动寻位代替被动定位，以顺应现实的灵活加工代替按既定关系的强制加工【6，10】。如图1．6的发明专利是周斌等人设计的一种数控外螺纹磨床自动对刀装置，它采用精密探头两点接触式对刀技术(如图1．7所示的螺纹工件局部放大剖视图)，进行外螺纹的磨削加工对刀【l51。这项装置的对刀原理和磨床试切螺纹对刀的方法应该说是相似的，以精密探头的

3、接触代替砂轮的试切接触，这样就很好地解决了手动对刀的互换性差和劳动强度大问题，同时在外螺纹磨床对刀的精度和效率方面也有明显的提高。4硕士论文基于非接触式的滚珠螺母内滚道磨削自动对刀技术研究l5】4124图1．6一种数控外螺纹磨床自动对刀装置图1．7螺纹工件局部放大剖视图5碗L论立赵逸呜等就螺纹磨床的螺纹导程自动对刀和磨削余量估计两个问题进行研究，给出螺纹磨床数控系统自动对刀方法：先由高精度测量仪采集螺纹信息，接着反馈给数控系统进行二分法比较，即可得到螺纹底径及起刀点，解决以上两个问题，如图18所示I”]。需要

4、注意的是，二分法算法复杂，且测量次数偏多，加上高精度测量仪的经济代价不低，该方法还需要进一步的理论和试验研究。a1外螺纹检测示意圈b)内螺纹检测示意图圈I8螺纹检Ⅻ9起刀点示意图数控平面磨床的自动对刀技术相对比较成熟，采用的自动对刀检测手段丰富，如力矩信号检测川、磨削力检测旧、砂轮电机功率检测例等，它们都较为成功地实现了平面磨床的砂轮对刀，如果能够将这些技术手段应用到螺纹磨床的砂轮对刀中，可能会成为一个螺纹砂轮自动对刀的新发展方向，当然这需要更为深入的技术研究与开发。目前，装备有自动对刀系统的内螺纹磨床比较少

5、见．国际上以德国Buderus磨削技术公司为代表，其内螺纹磨削中心CNC335就能够实现高精度的内螺纹蘑削自动对刀，磨床对刀模块如图19示；而国内能够做到自动对刀的内磨中心主要有北京机电院的SK系列磨床(可选配砂轮自动对线功能)、广卅瞰嘉的SMK204内螺纹磨削中心(可选购配置自动在线检测装置，如图110为其对刀模块)以及汉江机床的SKR7620内螺纹磨削中心，其中SMK204和SKR7620都是先自动测量滚珠螺母反向器孔的位置，接着利用螺母内螺纹滚道中心和反向器孔中心的结构几何关系推算砂轮对刀点，不同的是S

6、MK204基于非接触式原理检测圆形反向器孔，而SKR7620是基于接触式方法检测腰形孔，难度相对更大一点，这两种策略对于螺母都有一定的初装夹要求。图】9CNC335的自动对刀模块图110SMK204的自动对刀模块硕士论文基于非接触式的滚珠螺母内滚道磨削自动对刀技术研究在数控车床的螺纹加工自动对刀方面，兰州理工大学机电工程学院做了很多研究工作。例如，曹庆等人提出“半自动对刀”的概念，通过基于单片机的零位信号动态校正系统来实现螺纹的对刀操作，整个系统结构简单，控制精度较高，而且对数控车床的改造比较容易，具备一定的

7、推广应用价值【6^34l；再如廖忠浩等提出基于CCD传感器及数字图像处理技术获取工件位置及参数信息的方法，并利用运控卡实现数控车床的螺纹自动对刀，其研究已在石油钻杆接头螺纹的修复加工实例中得到应用验证【35，36】。螺纹对刀技术还可以借鉴螺纹的检测技术，螺纹检测在定位的基础上更为重视螺纹滚道廓形的细节化处理，而不是仅仅一个对刀点的问题：例如胡大超等设计的“三线法”内螺纹测量装置f37，3引、赵勇等针对MJ内螺纹的光纤检测方法【39，4明和Rzepka，J．等设计的丝杠螺纹检测装置【4lJ等。如果能在对刀技术研

8、究中结合螺纹检测的高精度特点，无疑对于对刀精度的提高是有益的。1．4论文的主要研究内容本论文主要针对滚珠螺母内滚道在磨削精加工过程中的非接触式自动对刀技术进行原理研究与试验研究，通过原理试验台的对刀试验和磨削中心的现场试验验证对刀原理的可行性和准确性，并改进系统设计，形成较为成熟可靠的内螺纹滚道自动对刀方法。依据以上思路，本论文主要包括以下几个方面的研究内容：(1)绪论部分就课题来源与背景、螺纹对刀